Химия - Актиноиды - Изотопы

28 февраля 2011


Оглавление:
1. Актиноиды
2. Изотопы
3. Распространение в природе
4. Получение
5. Cвойства
6. Соединения
7. Применение
8. Токсичность
9. Галерея изображений

Ядерные свойства важнейших изотопов трансплутониевых элементов
Изотоп	Период полураспада	Вероятность спонтанного деления, %	Энергия излучения, МэВ		Удельная активность
			α	γ	α, β-частицы, Бк/кг	деления, Бк/кг
Am	432,2 лет	4,3×10	5,485 5,442 5,388	0,059 0,026	1,27×10	546,1
Am	7,37×10 лет	3,7×10	5,275 5,233 5,181	0,074 0,043	7,39×10	273,3
Cm	162,8 суток	6,2×10	6,069 6,112	0,044 0,102	1,23×10	7,6×10
Cm	18,10 года	1,37×10	5,762 5,804	0,043 0,100	2,96×10	4,1×10
Cm	8,5×10 лет	6,1×10	5,529 5,488 5,361	0,175 0,133	6,35×10	3,9×10
Cm	4,76×10 лет	0,02615	5,343 5,386	0,045	1,13×10	2,95×10
Cm	1,56×10 лет	—	5,267 5,212 5,147	0,402 0,278	3,43×10	—
Cm	3,48×10 лет	8,39	5,034 5,078	—	1,40×10	1,29×10
Bk	330 суток	4,7×10	5,406 5,378	0,32	5,88×10	2,76×10
Cf	351 год	5,0×10	6,193 6,139 5,946	0,388 0,333	1,51×10	7,57×10
Cf	13,08 года	0,077	5,988 6,030	0,043	4,04×10	3,11×10
Cf	900 лет	?	6,078 5,567 5,569	0,177 0,227	5,86×10	—
Cf	2,645 года	3,092	6,075 6,118	0,042 0,100	1,92×10	6,14×10
Cf	60,5 суток	≈100	5,834 5,792	—	9,75×10	3,13×10
Es	20,47 суток	8,7×10	6,540 6,552 6,590	0,387 0,429	9,33×10	8,12×10
Es	275,7 суток	< 3×10	6,347 6,358 6,415	0,042 0,034	6,9×10	—
Es	39,8 суток	0,0041	6,267 6,401	—	4,38×10 3,81×10	1,95×10
Fm	20,07 ч	2,4×10	7,022 6,963 6,892	0,00057 0,081	2,27×10	5,44×10
Fm	157,6 мин	91,9	6,872 6,917	—	1,58×10	1,4×10
Fm	100,5 суток	0,210	6,752 6,695 6,622	0,241 0,179	1,87×10	3,93×10
Md	77 мин	—	7,142 7,206	—	3,53×10	—
Md	5,52 ч	—	7,074	0,371 0,325	8,17×10	—
Md	51,5 суток	—	6,73	—	3,64×10	—
No	3,1 мин	—	8,312 8,266 8,121	0,187	8,78×10	—
No	58 мин	—	7,455 7,500 7,533	—	4,63×10	—
Lr	27 с	< 0,03	8,319 8,390 8,430	—	5,96×10	—
Lr	646 мс	—	8,796 8,861	—	1,54×10	—

К 1982 году было известно 24 изотопа актиния, на данный момент известны 31 изотоп актиния и ещё 8 возбужденных изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе были найдены три изотопа — Ac, Ac и Ac, остальные получаются искусственным путём. На практике применяют три природных изотопа. Актиний-225 является членом радиоактивного ряда нептуния; был впервые обнаружен в 1947 году в качестве продукта распада урана-233. Если выдержать 1 г урана-233 в течение года, то активность образовавшегося в образце Ac составит 1,8×10 расп/мин. Данный нуклид является α-излучателем с периодом полураспада 10 сут. Актиний-225 по сравнению с актинием-228 менее доступен, но в практическом отношении как радиоактивный индикатор является более перспективным.

Актиний-227 — член радиоактивного ряда урана-актиния. Встречается во всех урановых рудах, однако в малых количествах. На один грамм урана при радиоактивном равновесии приходится всего 2×10 г Ac. Период полураспада изотопа Ac составляет 21,77 лет.

Актиний-228 является членом радиоактивного ряда тория; был открыт О. Ганом в 1906 году. Данный изотоп образуется при распаде Ra. В 1 т тория содержится 5×10 г Ac. Изотоп является β-излучателем с периодом полураспада 6,15 ч.

Из изотопов протактиния известны 29 нуклидов с массовыми числами 212—240 и 3 возбужденных изомерных состояния некоторых его нуклидов. Из этого количества только два нуклида — Pa и Pa — встречаются в природе, остальные — синтезируются. Продолжительность жизни всех изотопов, за исключением протактиния-231, невелика. С практической точки зрения наиболее важными являются долгоживущий изотоп Pa и искусственный Pa. Протактиний-233 является промежуточным продуктом при получении урана-233, он же является наиболее доступным среди других искусственных изотопов протактиния. По своим физическим свойствам является удобным веществом для химических исследований. Благодаря данному изотопу было получено очень много ценных химических сведений по химии протактиния. Радиационная активность протактиния-233 составляет ~20000 Ки. Протактиний-233 является β-излучателем с периодом полураспада 26,97 дня.

Уран имеет 25 его изотопов с массовыми числами 217—242. Для урана известно наличие 6 изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе в заметных количествах уран находится в виде трёх изотопов — U, U и U. Из всех остальных важнейшим является U, который получается как конечный продукт превращений при облучении Th замедленными нейтронами. Ядро U обладает эффективным поперечным сечением деления на тепловых нейтронах, по сравнению с U. Из большинства изотопов урана наиболее удобным для изучения химических свойств считается уран-238, так как период полураспада составляет 4,4×10 лет.

В наше время известно 19 изотопов нептуния с массовыми числами от 225 до 244. Для работы с изотопами обычно применяются долгоживущий Np и короткоживущие Np, Np. Важнейшим из них является нептуний-237. Данный изотоп наиболее пригоден для исследования физических и химических свойств. Спектр данного изотопа является очень сложным и состоит из более 20 моноэнергетических линий. Применение больших количеств Np в химической лаборатории осложняется его высокой радиоактивностью.

Для большинства нуклидов нептуния с массовым числом от 231 до 241 разброс в значениях периода полураспада составляет от 7,3 мин до 2,2×10 лет.

Для изотопов америция на данный момент известно 16 нуклидов с массовыми числами от 232 до 248. Важнейшими из них являются Am и Am, оба являются альфа-излучателями; имеют мягкое, но интенсивное γ-излучение; оба они могут быть получены в изотопически чистом виде. Химические свойства америция были изучены в основном на Am, однако в дальнейшем стали доступны весовые количества Am, который более удобен для химических исследований, так как почти в 20 раз менее активен, чем америций-241. Недостатком изотопа Am является наличие короткоживущего дочерноего изотопа нептуния-239, с которым приходится считаться при определении по γ-активности.

На данный момент известно 19 изотопов кюрия. Наиболее доступные из них — Cm, Cm являются α-излучателями, но имеют гораздо меньшие, чем у изотопов америция, периоды полураспада. У этих изотопов почти отсутствует γ-излучение, но зато заметным являются спонтанное деление и связанное с ним испускание нейтронов. Более долгоживущие изотопы кюрия образуются в виде смеси при облучении нейтронами плутония или америция. В этой смеси при не очень продолжительном облучении преобладает кюрий-246, а затем начинает накапливаться кюрий-248. Оба эти изотопа, особенно Cm, имеют большие периоды полураспада и гораздо более удобны для проведения химических исследований, чем Cm и Cm; однако они также обладают довольно большой скоростью спонтанного деления. Наиболее живущий изотоп кюрия — Cm — не образуется в больших количествах из-за сильного деления на тепловых нейтронах.

Для берклия известно 14 его изотопов с массовыми числами 238—252. Единственный доступный из них в больших количествах — Bk имеет сравнительно малый период полураспада и испускает в основном мягкие β-частицы, неудобные для регистрации. У него имеется также слабое альфа-излучение, которое иногда используется для определения этого изотопа. Известен долгоживущий изотоп берклия-247 с периодом полураспада 1380 лет, имеющий альфа-излучение, но пока он не получен в весовых количествах. Образование изотопа при нейтронном облучении плутония не происходит из-за β-стабильности изотопов кюрия с массовым числом меньше 248.

Изотопы калифорния с массовыми числами 237—256 образуются в ядерном реакторе, как и другие. Изотоп калифорния-253 является β-излучателем, а все остальные — α-излучателями. Кроме того, изотопы с чётными массовыми числами характеризуются большой скоростью спонтанного деления, особенно изотоп калифорния-254, у которого 99,7 % распадов происходит путём спонтанного деления. Стоит отметить изотоп калифорния-249, который обладает довольно большим периодом полураспада и слабым спонтанным делением. У этого изотопа имеется и сильное γ-излучение, которое может значительно облегчить его идентификацию. Изотоп Cf не получается в больших количествах в ядерном реакторе вследствие медленного β-распада материнского изотопа Bk и большого сечения взаимодействия с нейтронами, однако он может быть накоплен в изотопически чистом виде как продукт β-распада предварительно выделенного Bk. Калифорний, выделенный из облучённого в реакторе плутония, содержит в основном изотопы Cf и Cf, и работа с ним затруднена из-за мощного нейтронного излучения.

Характеристики некоторых равновесных пар изотопов ТПЭ
Материнский изотоп	T½	Дочерний изотоп	T½	ВУРР
Am	7370 лет	Np	2,35 дня	47,3 дня
Cm	8265 лет	Pu	14 лет	129 лет
Cm	1,64×10 лет	Pu	4,95 часа	7,2 дня
Es	270 дней	Bk	3,2 часа	35,2 часа
Es	39,8 дня	Fm	22 часа	5 дней
Fm	79 дней	Cf	17,6 дня	49 дней

Известно 16 изотопов изотопов эйнштейния с массовыми числами от 241 до 257. Наиболее доступным из его изотопов является Es — α-излучатель с периодом полураспада 20,47 дней, имеющий относительное слабое γ-излучение и небольшую по сравнению с изотопами калифорния скорость спонтанного деления. При более длительном облучении в реакторе образуется также долгоживущий Es.

Из изотопов фермия известно 19 нуклидов с массовыми числами от 242—260. Изотопы Fm, Fm, Fm являются α-излучателями с короткими периодами полураспада и поэтому могут быть выделены в весовых количествах. Но при более длительном и мощном облучении можно, по-видимому, ожидать накопления заметных количеств долгоживущего изотопа фермия-257. Все изотопы фермия, в том числе и Fm, характеризуются очень большими скоростями спонтанного деления.

Для менделевия известно 15 нуклидов с массовыми числами от 245 до 260. Все исследования свойств изотопов менделевия проводились с Md, который распадается главным образом путём электронного захвата с периодом полураспада 77 минут. Известен долгоживущий изотоп Md, он также является альфа-излучателем. Оба эти изотопа получают из изотопов эйнштейния, поэтому возможность получения изотопов менделевия ограничивается количеством имеющегося эйнштейния.

Долгоживущие изотопы нобелия имеют малые периоды полураспада; по аналогии, все последующие после актиноидов элементы имеют все меньшие периоды полураспада. Для этого элемента известно 11 его нуклидов с массовыми числами от 250 до 260, и 262. Изучение химических свойств нобелия и лоуренсия проводились с изотопами No и Lr. Наиболее долгоживущий No синтезирован в 1970 году в городе Оук-Ридж, США.

Просмотров: 20612

<<< Мезоторий